玩具中激光器和發(fā)光二極管輻射測(cè)試方法

張少杰 謝晉雄 張 棟 蔡 屹 董邦勇

(深圳出入境檢驗(yàn)檢疫局 廣東深圳 518045)

玩具中激光器和發(fā)光二極管輻射測(cè)試方法

張少杰 謝晉雄 張 棟 蔡 屹 董邦勇

(深圳出入境檢驗(yàn)檢疫局 廣東深圳 518045)

玩具中激光器和發(fā)光二極管發(fā)出的過(guò)量輻射會(huì)導(dǎo)致人眼和皮膚的嚴(yán)重?fù)p傷,尤其容易對(duì)兒童造成傷害。本文論述了激光器和發(fā)光二極管輻射關(guān)鍵參數(shù)的測(cè)試方法和測(cè)試步驟,并對(duì)樣品進(jìn)行了具體測(cè)試。

玩具安全;激光器和發(fā)光二極管;輻射;可達(dá)發(fā)射極限

1 前言

激光器和發(fā)光二極管的輻照易含有高能量光輻射,過(guò)多的光能量傳導(dǎo)到生物組織中,產(chǎn)生的光熱傷害會(huì)導(dǎo)致器官損傷,這種損傷主要是由于器官對(duì)光輻射的吸收所致。過(guò)量的光輻射對(duì)人體組織的傷害主要體現(xiàn)在眼和皮膚上:短時(shí)間曝光會(huì)對(duì)眼睛造成角膜或視網(wǎng)膜(或兩者同時(shí))被灼傷;經(jīng)常遭受超過(guò)一定限度能量的曝光,會(huì)引起角膜炎或者晶狀體混濁(白內(nèi)障)及視網(wǎng)膜損傷;高能量光輻射的強(qiáng)曝光可能會(huì)造成皮膚灼燒,而某些特定波長(zhǎng)的紫外光會(huì)對(duì)皮膚產(chǎn)生致癌作用[1]。兒童好奇心強(qiáng),對(duì)光輻射危害的規(guī)避能力較弱,過(guò)量光輻射對(duì)兒童的傷害問(wèn)題已經(jīng)引起了世界各國(guó)的高度重視,許多國(guó)家先后制定輻射分類標(biāo)準(zhǔn),對(duì)過(guò)量光輻射加以限制[2-3]。

在光輻射測(cè)試中,由于光源發(fā)散性和關(guān)鍵參數(shù)復(fù)雜等問(wèn)題,容易導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果誤差較大,因此,玩具中激光器和發(fā)光二極管輻射測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性是一個(gè)急需解決的技術(shù)問(wèn)題。本文給出了測(cè)試中波長(zhǎng)、對(duì)向角和時(shí)間基準(zhǔn)等參數(shù)的測(cè)試方法,以及具體的測(cè)試步驟。

2 測(cè)試中的關(guān)鍵參數(shù)

2.1 激光器和發(fā)光二極管的波長(zhǎng)λ

玩具以額定電壓供電,玩具中激光器和發(fā)光二極管在正常工作狀態(tài)和最不利的非正常工作狀態(tài)下,測(cè)量其所發(fā)出輻射的波長(zhǎng)λ。測(cè)試時(shí),用示波器測(cè)量激光器和發(fā)光二極管兩端工作電壓,再用穩(wěn)壓電源以工作電壓對(duì)激光器和發(fā)光二極管兩端直接供電,測(cè)試出波長(zhǎng)值λ。

2.2 表觀光源尺寸R、對(duì)向角α

2.2.1 表觀光源尺寸R

當(dāng)光源發(fā)射平行光束時(shí),R的測(cè)量方法是直接測(cè)量光束照射在探測(cè)器(例如CCD探測(cè)器等)上的尺寸。

當(dāng)光源發(fā)射發(fā)散光束時(shí),測(cè)量原理如圖1所示。測(cè)量時(shí),將激光器和發(fā)光二極管固定在測(cè)試架上,用穩(wěn)壓直流電源對(duì)激光器和發(fā)光二極管供電,調(diào)整激光器和發(fā)光二極管、凸透鏡和CCD,使它們處在同一光軸上,測(cè)量表觀光源在探測(cè)器(例如CCD探測(cè)器等)上的成像光斑尺寸,再根據(jù)光學(xué)系統(tǒng)的放大倍率,計(jì)算出R。

圖1 發(fā)散光源的表觀光源尺寸測(cè)量

2.2.2 對(duì)向角α

當(dāng)人眼觀測(cè)點(diǎn)受玩具部件結(jié)構(gòu)限制,導(dǎo)致人眼觀測(cè)點(diǎn)距離表觀光源距離大于100mm時(shí),以人眼觀測(cè)點(diǎn)到表觀光源的最小距離來(lái)計(jì)算表觀光源對(duì)向角α;當(dāng)人眼觀測(cè)點(diǎn)距離表觀光源距離無(wú)限制時(shí),人眼觀測(cè)點(diǎn)到表觀光源的距離設(shè)為100mm,計(jì)算表觀光源對(duì)向角α。

2.3 時(shí)間基準(zhǔn)

對(duì)于波長(zhǎng)≤400nm的激光器和發(fā)光二極管,或者波長(zhǎng)＞400nm但設(shè)計(jì)用于長(zhǎng)時(shí)間觀察的激光器和發(fā)光二極管,其測(cè)量時(shí)間基準(zhǔn)為30000s;除上述情況之外,對(duì)于波長(zhǎng)＞400nm的激光器和發(fā)光二極管,其測(cè)量時(shí)間基準(zhǔn)為100s。

2.4 1類激光的可達(dá)發(fā)射極限(AEL)

1類激光的AEL可根據(jù)表1、表2計(jì)算[4]。

表1 1類激光的AEL

表2 1類激光可達(dá)發(fā)射極限的計(jì)算參數(shù)

3 測(cè)試方法

為消除環(huán)境因素對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響,輻射測(cè)試需要在暗室條件下進(jìn)行,測(cè)試的幾何光路原理如圖2所示。

圖2 光路原理圖

3.1 平行光束測(cè)定

當(dāng)光源發(fā)射平行光束時(shí),光源和圓形孔徑光闌的測(cè)試距離r為2000 mm。根據(jù)波長(zhǎng)選擇不同直徑的圓形孔徑光闌,當(dāng)315 nm＜波長(zhǎng)＜400 nm時(shí),圓形孔徑光闌直徑為25 mm;當(dāng)400nm＜波長(zhǎng)＜1400 nm時(shí),圓形孔徑光闌直徑為50 mm。

3.2 發(fā)散光束測(cè)定

當(dāng)光源發(fā)射發(fā)散光束時(shí),圓形孔徑光闌直徑為7 mm。根據(jù)不同的波長(zhǎng)確定測(cè)試距離r。當(dāng)315 nm＜波長(zhǎng)＜400 nm時(shí),測(cè)試距離為14 mm;當(dāng)400nm＜波長(zhǎng)＜1400 nm時(shí),測(cè)試距離r根據(jù)以下條件確定:

(1)對(duì)于光化學(xué)傷害測(cè)量,在曝光時(shí)間t小于100 s的情況下,當(dāng)α＜1.5 mrad時(shí),測(cè)試距離為14 mm;當(dāng)1.5mrad＜α＜11 mrad時(shí),測(cè)試距離為:100×(α/11 mrad)mm;當(dāng)α＞11 mrad時(shí),測(cè)試距離為100 mm。在曝光時(shí)間t＞100 s的情況下,當(dāng)α＜1.5 mrad時(shí),測(cè)試距離為14 mm;當(dāng)1.5 mrad＜α＜γp時(shí),測(cè)試距離為mm;當(dāng)α＞γp時(shí),測(cè)試距離為100 mm。

(2)對(duì)于光熱傷害測(cè)試,當(dāng)α＜αmin時(shí),測(cè)試距離為14 mm;當(dāng)αmin＜α＜αmax時(shí),測(cè)試距離為:(100mm)當(dāng)α＞αmax時(shí),測(cè)試距離為[4]:100mm(其中αmax為100 mrad,αmin為1.5 mrad)。

最后,將測(cè)試結(jié)果和1類激光AEL相比較,如果超出1類激光AEL,那么被測(cè)玩具不符合1類激光安全;如果測(cè)試結(jié)果在1類激光AEL范圍內(nèi),則認(rèn)為被測(cè)玩具符合1類激光安全。

4 實(shí)際測(cè)試及結(jié)果

實(shí)際測(cè)試樣品為含發(fā)光二極管的玩具劍,各參數(shù)測(cè)試結(jié)果如下:

發(fā)光二極管波長(zhǎng):λ=468 nm;

對(duì)向角:α=31.6 mrad;

工作電壓:U=3.37 v

發(fā)光二極管光斑如圖3所示。根據(jù)對(duì)應(yīng)的計(jì)算公式:100mm得出光熱傷害測(cè)試距離r=56.6 mm,輻射能量測(cè)試結(jié)果為1.576mw。

圖3 發(fā)光二極管光斑

該玩具時(shí)間基準(zhǔn)取100s,根據(jù)1類激光的AEL表計(jì)算得到對(duì)應(yīng)的1類激光AEL為6.955 mw。測(cè)試結(jié)果小于對(duì)應(yīng)的AEL,由此判定該玩具劍樣品的發(fā)光二極管輻射符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的輻射安全要求。

5 結(jié)論

通過(guò)準(zhǔn)確掌握激光器和發(fā)光二極管輻射關(guān)鍵參數(shù)的測(cè)試方法和具體步驟,注意消除測(cè)量誤差,有利于準(zhǔn)確測(cè)試激光器和發(fā)光二極管的輻射功率,從而有效開(kāi)展玩具激光器和發(fā)光二極管的分類測(cè)試和危險(xiǎn)評(píng)判。

[1] M H Niemz.Laser-Tissue Interactions Fundamentals and Applications[M].Spriger-Verlag Berlin Heidelberg,2004.

[2] GB7247.1-2001激光產(chǎn)品的安全第1部分:設(shè)備分類、要求和用戶指南[S].

[3] GB19865-2005電玩具的安全[S].

[4] IEC60825.1-2007 Safety of laser products-Part 1:Equipment classification and requirements[S].

Radiation Testing Method of Lasers and Light Emitting Diodes in Toys

Zhang Shaojie,Xie Jinxiong,Zhang Dong,Cai Yi,Dong Bangyong

(Shenzhen Entry-Exit Inspection and Quarantine Bureau,Shenzhen,Guangdong,518045)

Lasers and light emitting diode devices emit excessive light radiation,which can cause eyes and skin damage and is harmful to children.This article provides the method to test the key parameters of the radiation,and explains the specific test procedures and shows the experimental results.

Safety of Toys;Lasers and Light Emitting Diode Device;Radiation;Accessible Emission Limit

O432.1;TS958.2+8